爲什麼阿里騰訊們都在搶奪 LoRa？| 技術頭條
關於 LoRa，你需要知道哪些？
作者 | 馬智
本文經授權轉自智評物聯
責編 | 沭七
LoRa 是什麼？
LoRa 全名“Long Rang”，是工作於非授權頻段的低功耗廣域物聯網技術，生於 2013 年，單親，有個來自美國的媽媽——Semtech 公司。LoRa 現已長大，成爲在低功耗廣域網（LPWAN）或窄帶物聯網領域裏最熱門的技術之一。
低功耗廣域網 LPWAN 技術的特點是“廣覆蓋、大連接、低功耗、低速率”，特別適用於遠程抄表、環境監測、智能停車、位置追蹤等有海量連接、小數據、非頻發傳輸需求的應用場景，並且，這類應用場景的物聯網連接數量將佔到物聯網總連接數的 60%。
看到這裏，也許有讀者會想起 NB-IoT。Yes，NB-IoT 於 2016 年出生，NB-IoT 全名“Narrow Band Internet of Things”，工作於授權頻段的低功耗廣域物聯網技術。因此，LoRa 與 NB-IoT 同屬於低功耗廣域網（LPWAN）技術，只不過 NB-IoT 是含着金湯匙出生自全球標準組織 3GPP 這個貴族家庭。從全球範圍來看，NB-IoT 目前貌似是 LoRa 相愛相殺的冤家對頭。
根據 LoRa 聯盟（LoRa Alliance）官網的展示，目前，全球有 100 家網絡運營商在 100 個國家已部署 LoRa 網絡。那麼出生不如 NB-IoT 的 LoRa 爲什麼能夠得到諸如 Google、IBM、思科、Orange、阿里、騰訊等大型互聯網、電信運營商、設備商的青睞？
其本質原因在於無線通信所用的頻譜也是一種稀缺資源，其中國家劃分出一小部分頻譜資源作爲非授權頻段，供 LoRa 之類的網絡使用，此外劃分出另外一大部分頻譜資源作爲授權頻段，供 NB-IoT 之類的網絡使用。
So what？
說通俗一點，任何個人或組織都可以買臺 LoRa 基站（也稱爲 LoRa 網關）搭建 LoRa 網絡，好比誰都可以買臺 TP-Link 無線路由器擱在家裏或辦公室用來上網，並且其技術門檻比 Wi-Fi 高不到哪裏去。但如果你弄臺 NB-IoT 基站搞事情，可被定爲擾亂無線電通訊管理秩序罪與破壞公用電信設施罪；也就是說 NB-IoT 這類通信網絡只能由政府授權的極少數電信運營商建設和運營，天然帶有某種壟斷性。
LoRaWAN 又是什麼？
話說 LoRa 的美國單親媽媽——Semtech 公司，當年含辛茹苦一手把她帶大。爲了使 LoRa 長大成人、受到良好的教育，以便日後出人頭地，在 LoRa 兩歲的時候，Semtech 聯合了 IBM、Actility 等公司成立了 LoRa 聯盟（LoRa Alliance），致力於尋找“養父母”一起構建適合 LoRa 發展的產業生態。
LoRa 僅是一種調製技術（NB-IoT 屬於蜂窩通信，LoRa 屬於線性擴頻），屬於物理層無線傳輸技術。因此，LoRa 僅定義了無線側的標準規範，按照通信的行業術語講，LoRa 只定義了空口協議，LoRa 對應的產品就是收發器（transceiver）芯片。要想實現組網、完成端到端的通信業務，還需要更多的工作要做。爲此，LoRa 聯盟（LoRa Alliance）制定了 LoRaWAN 標準規範。
注：LoRa 技術由 Semtech 這一家公司擁有，而 LoRaWAN 則由 LoRa 聯盟（LoRa Alliance）這個非盈利組織制定。
LoRaWAN 是在 LoRa 物理層傳輸技術基礎之上的以 MAC 層爲主的一套協議標準。LoRaWAN 提供了多信道接入、頻率切換、自適應速率、信道管理、定時收發，節點接入認證與數據加密、漫遊等特性。有了這個標準之後，LoRaWAN 的就變成一種網絡技術，可將其用於不同的協議和不同網絡架構（如 Mesh 組網、星型組網、點對點組網）。
以 NB-IoT 做個類比，LoRaWAN 標準的上下行調製技術採用 LoRa，NB-IoT 上行和下行分別採用 SC-FDMA 和 OFDMA。
LoRaWAN 對應的產品包括 LoRaWAN 節點，LoRaWAN 網關（Gateway）、LoRaWAN 網絡服務器（Network Server）和應用服務器（Application Server）。
使用 LoRaWAN 的產品時，其用戶接口有兩個：一個是在底層傳感器和 LoRaWAN 節點之間有一個數據接口，傳感器數據通過這個接口傳到網絡；另一個是 LoRaWAN 網絡服務器（Network Server）和應用服務器（Application Server）之間有一個數據接口將網絡的數據傳送至應用系統。
由上可見，LoRaWAN 構建的是一個運營商級的大網，覆蓋地區和全國的網絡，甚至確保不同國家 LoRa 網絡的互操作性。經過幾年的發展，目前已建立起了較爲完整的生態鏈：LoRa 芯片、模組、傳感器、基站或網關、網絡服務、應用服務。
LoRa 目前的發展情況
全球已部署了 5000 萬的 LoRa 終端節點，而 2018 年 LoRa 芯片的出貨量預計有數千萬片，中國市場 LoRa 芯片出貨量佔據全球一半以上，並且在中國，LoRa 基站的部署量也達到了數萬個，在北京、深圳、廣州、杭州等城市均有城市級的 LoRa 網絡覆蓋。
由於 LoRaWAN 的開放性、靈活性和自主性，中國已成爲 LoRa 產業生態最大的市場，國內 LoRa 芯片出貨量幾乎佔全球的一半，已有上千家公司的業務與 LoRa 相關。其中，中興通訊、騰訊、阿里巴巴、中國聯通、鐵塔公司、貴州廣電等重量級玩家加入 LoRa 物聯網領域，這些重量級企業的入局對於推動 LoRa 產業發展的作用是不言而喻的。與此同時，國內 LoRa 產業的生態圈也更爲完善，以克拉科技爲主導力量的中國 LoRa 應用聯盟（CLAA）其聯盟成員已經增加到了 1100 多家。
阿里巴巴的 LoRa 佈局——達爾文計劃
在 2018 年 9 月 19 日杭州阿里巴巴雲棲大會上，阿里雲首席智聯網科學家丁險峯宣佈啓動“達爾文計劃”，旨在通過一系列的包括平臺、芯片和微基站在內的全鏈路生態服務，交付給企業客戶一張自有可控的物聯網。在雲棲大會戶外上空懸停着一架印有“天空物聯網 LoRa 站”Logo 的飛艇，其搭載了 LoRa 網關。當它被啓動，現場的物聯網設備迅速被飛艇上的信號連接。而當關閉時，數據大屏上的幾十種數據會瞬間消失。
阿里巴巴關於 LoRa 的佈局主要有三個方面：
第一，阿里巴巴獲得了 Semtech 的 LoRa 芯片的 IP 授權，這是 Semtech 在全球繼 ST（意法半導體）之後第二次授權 LoRa IP，也是首次在國內授權。在此基礎上，阿里雲 IoT 聯合 ASR（翱捷科技）共同發佈了超小尺寸、超低功耗的 LoRa 芯片。
第二，阿里雲開發了 LinkWAN 核心網管理平臺，該平臺是對整個 LoRa 的網關和節點設備進行有效管理的核心網平臺。通過這一平臺，阿里雲 IoT 可以提供基站和節點等設備的接入，爲使用者提供終端管理界面，用戶可以自主搭配 LoRa 網絡，針對不同使用場景推出不同的使用方案。
第三，阿里雲針對已有的 LoRa 網關設備和節點設備會進行認證，符合阿里雲認證標準的網關設備和節點設備可以接入 LinkWAN 核心網管理平臺。
爲何 LoRa 受互聯網公司的歡迎？
LoRa 的這種靈活、開放、自主的特性給產業界帶來更多的機會，因爲那些被擋在通信朋友圈之外的企業可以參與到 LoRa 網絡運營中。
1. 總體來看，物聯網的通信技術可分爲短距離通信技術和遠距離通信技術。遠距離通信技術的連接數量將佔到物聯網總連接數的 60%。除了 LoRa、Sigfox 等工作在非授權頻段的 LPWAN 技術外，遠距離通信技術基本上屬於電信運營商的地盤；互聯網公司只能受限於 Wi-Fi、藍牙、ZigBee 和 802.15.4 這類短距離通信技術。而 LoRa 技術的興起正在打破這種格局，提供低功耗廣域網絡連接服務的廠商已不再是傳統電信運營商的“特權”，不同的網絡規模和業務範圍都有多個新的網絡“運營商”參與進來，形成多樣化的格局。基於低功耗網絡的特點，電信運營商一家獨大的局面正在發生改變，給物聯網市場帶來了新的機遇。
2. 從標準角度來講，移動蜂窩技術已由高通、愛立信、華爲等玩家經數十年的產業資源、技術研發和知識產權積累而佔據一隅，互聯網公司鮮有可乘之機。互聯網企業在通信業標準方面的專利積累非常少、產業鏈影響力較小，面對 NB-IoT、eMTC 以及未來 5G 等物聯網標準，很難參與進來，更不用說有重大貢獻和掌握話語權了。不過，LoRaWAN 作爲一個問世時間較短且相對簡單的開放標準，新入局的互聯網巨頭相對容易參與到標準化工作中。
3. LoRaWAN 的部署方式和商業模式非常靈活。例如，CLAA 有四種主要的業務合作模式：
獨立運營商：提供全套解決方案；支持客戶建網，並與 CLAA 共享物聯網互聯互通。
大型合作伙伴：直接參股，CLAA 負責建網，多城市大範圍覆蓋，享受全網整體受益，CLAA 承擔運維費。
中小型客戶：直接採購設備，CLAA 協助建網，城市級或區域級覆蓋，享受城市級、區域級收益，客戶承擔運維費。
專業渠道商：直接採購設備，自行微客戶建網，協助客戶運營，客戶承擔運維費用。
LoRaWAN 網絡架構
從 LoRaWAN 網絡架構來看，主要有以下幾部分：終端節點、網關、回傳、網絡服務器、應用服務器。
終端節點（End Nodes）：終端節點是在最左邊，異步地廣播數據包到網絡。遵循 Aloha 網絡規範，保證終端設備可以大部分時間處於空閒模式，功耗少於 1uA。 這種方法可確保在小型電池上的應用可以實現 10 至 15 年的使用壽命。
網關（Concentrator/Gateway）：通過終端節點廣播的數據包將會被網絡中的一個或多個網關獲取。網關有一個多信道和多數據速率的射頻嵌入式設備，可以掃描和檢測任何活動信道上的數據包並進行解調。
回程（Backhual）：網關通常有一個以太網的回程，然而，目前一些部署使用了 2G、3G、4G、Wi-Fi、NB-IoT、以太網等作爲回程。
網絡服務器（Network Server）：核心網絡是 LoRaWAN 系統的重要組成部分。它承載所有需要的智能來管理網絡並將數據分發到其他服務器。
應用服務器（Application Server）：LoRaWAN 協議支持不同類型的網絡。一些網絡提供商也是應用提供商。因此，在 LoRaWAN 網絡架構圖圖中最右側的應用服務器可以與網絡服務器分別託管或與網絡服務器集成在一起託管。
LoRa 的應用場景
LoRa 正在全球範圍內應用部署，因爲其低功耗、深度覆蓋、容易部署等優勢使得其非常適用於要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯網應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智慧社區等應用和領域。
參考文獻：
1. LoRa Alliance 官網
2. 《LPWAN 未來幾大趨勢：大連接、技術互補、人人運營商》：物聯網智庫
3. 《騰訊與 TTN 宣佈戰略合作，共同推進全球及中國物聯網開發生態》：騰訊雲
4. 《宮鬥風雲之 NB-IoT vs. LoRa》：中國移動研究院
5. 《利用僞基站羣發短信可定破壞公用電信設施罪》: 最高人民檢察院
6. 《一文摸透 Lora 市場業務模式》：創客射頻空間
7. 《LoRaWAN 網絡協議與 LoRa 私有協議相比有哪些優勢》：成都億佰特
8. 《騰訊與 LoRa：互聯網巨頭的物聯網生意經》：物聯網智庫
9. 《騰訊與全球最大 LoRa 開發者社區達成戰略合作，互聯網巨頭的物聯網野望》：物聯網智庫
10. 《阿里雲宣佈啓動達爾文計劃 做自主可控物聯網》：新浪科技
11. 《阿里的第五賽道》：雷鋒網
12. 《LoRa 的逆襲之路，是物聯網市場成熟的表現》：物聯傳媒
13. 《三大低功耗廣域物聯網技術 NB-IoT、LoRa、sigfox 未來如何爭奪？》：全球物聯網觀察
作者簡介：馬智，曾就職於微軟亞太研發集團、中國移動設計院，關注物聯網、人工智能和區塊鏈領域。
【END】
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